JP5121247B2 - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Description

この発明は、自動車等の車両の車輪を車体に対して回転自在に支承した車輪用軸受装置およびその製造方法に関し、特に回転曲げ条件下でのハブ輪の強度、耐久性を向上させた車輪用軸受装置に関するものである。

自動車の車輪用軸受装置には、従動輪用と駆動輪用とがあり、それぞれの用途に応じて種々の形式のものがあるが、例えば、図６に示す従来の駆動輪用の車輪用軸受装置では、ハブ輪５１と内輪５２とを備えた内方部材５０と、複列の転動体５３、５４と、外方部材５５と、そして、エンジン動力をハブ輪５１に伝達する等速自在継手５６を主要な構成要素としている。こうした駆動車輪用軸受装置において、車輪（図示せず）およびブレーキロータ５７を支持するハブ輪５１には、鍛造の容易性、切削性、熱処理性、または経済性の面からＳ５３Ｃ等の機械構造用の中炭素鋼が採用されている。このハブ輪５１をはじめこの種の車輪用軸受装置の小型・軽量化を図ることは、自動車の燃費向上と走行安定性の向上に大きく寄与するため、ハブ輪５１の車輪取付フランジ５８のリブ化や薄肉化が進んでいる。しかし、このハブ輪５１自体の機械的強度が、素材である中炭素鋼の疲労限に近付きつつあり、これ以上の小型・軽量化を図ることは難しくなってきている。

特に、ハブ輪５１においては、軽量化のために車輪取付フランジ５８を薄肉化する場合、そのアウトボード側の付け根部、すなわち、ブレーキロータ取付面５９から円筒状のパイロット部６０に延びる隅部６１に回転曲げの応力が集中し、対策が必要である。したがって、この隅部６１の寸法、つまり曲率半径を大きくすることによって発生応力を緩和することも考えられるが、今度は車輪取付フランジ５８に取り付けられるブレーキロータ５７の干渉が問題となるために限界がある。また、駆動輪用ハブ輪は内周面に形成されたセレーション部６４を設けた貫通穴で構成され、等速自在継手５６のステムに設けたセレーションと嵌合しており、内輪６が突き合される小径段部と内周面に形成されたセレーション部６４の間にも回転曲げの応力が集中し、高周波硬化処理を行っていないセレーション部６４に耐久性を高める対策が必要な場合がある。

このような背景において、本出願人は、車輪取付フランジ５８の形状・寸法を変更することなく、軽量化を図り、かつハブ輪５１の強度アップを図ることができる車輪用軸受装置を既に提案している。この車輪用軸受装置は、図５に示すように、ハブ輪５１の車輪取付フランジ５８の隅部６１に表面硬化層６２を高周波焼入れ等によって形成している。これにより、回転曲げ疲労の最弱部となる車輪取付フランジ５８の隅部６１を高強度化することができ、ハブ輪５１の耐久性を図ることができる。

また、これ以外の部位、すなわち、図示しない外方部材５５のアウトボード側端部に装着されたシールのシールリップが摺接するシールランド部をはじめ、軌道面から小径段部の各部位ａ〜ｄに亙って、高周波焼入れ等によって表面硬化層６３を形成している。さらには、ハブ輪５１の内周面に形成されたセレーション部６４にも表面硬化層６５を形成している。こうした表面硬化層６３、６５により、各部位ａ〜ｄにおいて要求される回転曲げ疲労強度、耐摩耗性、転がり疲労寿命等を向上させることができる（例えば、特許文献１）。
特開２００２−８７００８号公報（第４、５頁、第２図） 特開２００５−３０６１号公報

しかしながら、こうした従来の車輪用軸受装置において、ハブ輪５１の車輪取付フランジ５８の隅部６１に表面硬化層６２を形成することにより、車輪取付フランジ５８の形状・寸法を変更することなく、軽量化を図りつつハブ輪５１の強度アップを図ることができるが、高周波焼入れ工程で車輪取付フランジ５８に熱処理変形が生じ、ブレーキロータ取付面５９の面振れが大きくなるという新たな問題が発生した。この傾向は車輪取付フランジ５８の薄肉化にも起因している。この面振れは、ブレーキロータ５７の振れに影響してブレーキジャダーを招来することになり、自動車の操縦安定性やドライブフィーリングが低下する。ここで、ハブ輪５１の熱処理後にこのブレーキロータ取付面５９をさらに旋削加工し、変形分を修正して面振れを改善する方法も考えられるが、隅部６１と未焼入れ部であるブレーキロータ取付面５９とに硬度差があるため、隅部６１の表面硬化層６２との境界部に僅かな段差が発生するという相反する問題が内在していた。

この問題を解決するため、本件出願人は、外方部材または内方部材のいずれか一方に車輪取付フランジを一体に形成した車輪用軸受装置において、少なくとも前記車輪取付フランジを有する外方部材または内方部材を調質処理した技術を提案している（特許文献２）が、回転曲げ条件下でのハブ輪の強度、耐久性をより確実に向上させたものが求められている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、車輪取付フランジの形状・寸法を変更することなく、また、その面振れを劣化させることなく、軽量化を図りつつ、回転曲げ条件下でのハブ輪の強度、耐久性をより向上させた車輪用軸受装置を提供することを目的としている。

この発明の車輪用軸受装置は、内周に複列の外側転走面を有する外方部材と、前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面を有する内方部材と、前記外方部材および内方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容した複列の転動体とを備え、前記外方部材または内方部材のいずれか一方に車輪取付フランジを一体に形成した車輪用軸受装置において、少なくとも前記車輪取付フランジを有する外方部材または内方部材が鍛造後空冷または調質処理されており、それぞれの転走面が所定の表面硬さに焼入れ硬化され、前記内方部材はハブ輪を備え、このハブ輪の車輪取付フランジインボード側根元部の隅Ｒ表面から軸部外径表面にかけての残留圧縮応力を２００ＭＰａ以上８００ＭＰａ以下に規定し、前記ハブ輪の内径部表面の残留圧縮応力を５０ＭＰａ以上５００ＭＰａ以下に規定したことを特徴とする。

この構成によると、少なくとも車輪取付フランジを有する外方部材または内方部材が、鍛造後空冷または調質処理されており、それぞれの転走面が所定の表面硬さに焼入れ硬化され、ハブ輪の車輪取付フランジインボード側根元部の隅Ｒ表面から軸部外径表面にかけての残留圧縮応力を２００ＭＰａ以上８００ＭＰａ以下に規定し、前記ハブ輪の内径部表面の残留圧縮応力を５０ＭＰａ以上５００ＭＰａ以下に規定している。

このハブ輪の内径部表面の残留圧縮応力が５０ＭＰａ未満では疲労強度を向上させる効果およびフレッティング損傷の発生を抑制する効果が小さいため、５０ＭＰａ以上が必要である。疲労強度を一層向上させ、フレッティング損傷の発生を抑制するためには、この内径部表面の残留圧縮応力は１００ＭＰａ以上であることが好ましい。一方、内径部表面の残留圧縮応力が５００ＭＰａを超えると、圧縮応力付加時の他の要因、例えば加工硬化が著しく、亀裂が発生し易いことから、内径部表面の残留圧縮応力は５００ＭＰａ以下にすることが好ましい。

さらに、ハブ輪の車輪取付フランジインボード側根元部の隅Ｒ表面から軸部外径表面にかけて、２００ＭＰａ以上８００ＭＰａ以下の圧縮応力が存在すれば、この部分の表層は高硬度でかつ肉厚に対して適度の硬化パターンが得られた。このため、これらの数値に限定した。
このため、所望の軸受寿命を確保すると共に、車輪取付フランジの形状・寸法を変更することなく、現行の加工方法や既存設備のままで、回転曲げ疲労に対する強度、耐久性を高めることができる。

前記内方部材は、車輪取付フランジを有する前記ハブ輪と、このハブ輪に圧入された内輪とを備え、前記外方部材の複列の外側転走面のうち一方の外側転走面に対向する内側転走面が前記ハブ輪の外周面に直接形成され、他方の外側転走面に対向する内側転走面が前記内輪の外周面に形成されている。この場合、車輪用軸受装置の小型・軽量化を図ることができると共に、ハブ輪の強度、耐久性を高めることができる。

この発明において、前記車輪取付フランジのアウトボード側付け根部の表面硬さを２０ＨＲＣ以上３５ＨＲＣ以下に設定することが好ましい。この場合、切削等の加工性が向上すると共に、熱処理変形を抑制することができ、熱処理変形による車輪取付フランジのブレーキロータ取付面の面振れ精度の劣化を防止することができる。また、ハブボルトが圧入されるボルト孔の表面硬さがそのハブボルトの表面硬さに近付き、ハブボルトのセレーションが潰れて固着力が低下するのを防止することができる。

前記ハブ輪のインボード側端部を径方向外方に塑性変形させて加締部を形成し、この加締部で前記内輪を前記ハブ輪に対して軸方向に固定した、所謂セルフリテイン構造としている。この場合、従来のようにナット等で強固に緊締して予圧量を管理する必要がないため、車両への組込性を簡便にすることができると共に、かつ長期間その予圧量を維持することができる。

前記加締部を焼戻しによりその表面硬さを２０ＨＲＣ以上２５ＨＲＣ以下に設定する。この場合、従来のような鍛造後のままの未熱処理部に比べ、加締部の硬さバラツキを抑制することができ、加工性を低下させず、また塑性加工によって表面に微小クラックが発生する恐れがなくなり、一層品質面でその信頼性が向上する。

前記外方部材の両端部にシールを装着し、そのアウトボード側のシールのシールリップが摺接するシールランド部を、前記車輪取付フランジのインボード側付け根部に形成すると共に、前記シールランド部の表面硬さを５４ＨＲＣ以上６４ＨＲＣ以下とする。この場合、耐摩耗性が向上するばかりでなく、車輪取付フランジに負荷される回転曲げ荷重に対して充分な機械的強度を増し、さらにハブ輪の強度、耐久性が向上する。

この発明の車輪用軸受装置は、少なくとも車輪取付フランジを有する外方部材または内方部材が、鍛造後空冷または調質処理されており、それぞれの転走面が所定の表面硬さに焼入れ硬化され、ハブ輪の車輪取付フランジインボード側根元部の隅Ｒ表面から軸部外径表面にかけての残留圧縮応力を２００ＭＰａ以上８００ＭＰａ以下に規定し、前記ハブ輪の内径部表面の残留圧縮応力を５０ＭＰａ以上５００ＭＰａ以下に規定した。さらに前記内方部材は、車輪取付フランジを有する前記ハブ輪と、このハブ輪に圧入された内輪とを備え、前記外方部材の複列の外側転走面のうち一方の外側転走面に対向する内側転走面が前記ハブ輪の外周面に直接形成され、他方の外側転走面に対向する内側転走面が前記内輪の外周面に形成され、前記ハブ輪のインボード側端部を径方向外方に塑性変形させて加締部を形成し、この加締部で前記内輪を前記ハブ輪に対して軸方向に固定し、前記加締部を焼戻しによりその表面硬さを２０ＨＲＣ以上２５ＨＲＣ以下に設定し、前記外方部材の両端部にシールを装着し、そのアウトボード側のシールのシールリップが摺接するシールランド部を、前記車輪取付フランジのインボード側付け根部に形成すると共に、前記シールランド部の表面硬さを５４ＨＲＣ以上６４ＨＲＣ以下とした。これにより、所望の軸受寿命を確保すると共に、車輪取付フランジの形状・寸法を変更することなく、現行の加工方法や既存設備のままで、回転曲げ疲労に対する強度、耐久性を高めることができる。したがって、車輪取付フランジの形状・寸法を変更することなく、また、その面振れを劣化させることなく、軽量化を図りつつ、回転曲げ条件下でのハブ輪の強度、耐久性を従来のものより、より確実に向上させた車輪用軸受装置を得ることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る車輪用軸受装置の断面図である。図２は、同車輪用軸受装置の要部の拡大断面図であり、ハブ輪の内径部にショットピーニング処理を行う例を概略表す拡大断面図である。なお、以下の説明では、車両に組み付けた状態で車両の外側寄りとなる側をアウトボード側（図面左側）、中央寄り側をインボード側（図面右側）という。以下の説明は、車輪用軸受装置の製造方法についての説明をも含む。

この車輪用軸受装置は、駆動輪用であって、ハブ輪１と複列の転がり軸受２とをユニット化し、ハブ輪１の内周に等速自在継手３の外側継手部材４を、セレーションを介してトルク伝達可能に嵌合した構造を備えている。

複列の転がり軸受２は、内周に複列の外側転走面５ａ、５ａが形成され、外周には車体（図示せず）に固定される車体取付フランジ５ｂを一体に有する外方部材５と、この外側転走面５ａ、５ａに対向する複列の内側転走面のうち、一方の内側転走面１ａが外周に直接形成されたハブ輪１と、ハブ輪１の小径段部１ｂに圧入され、他方の内側転走面６ａが外周に形成された内輪６と、前記外側転走面５ａ、５ａと内側転走面１ａ、６ａ間に収容された複列の転動体７、７とで主要部が構成されている。複列の転動体７、７は、図示しない保持器によって転動自在に保持されている。また、複列の転がり軸受２の端部にはシール８、８が装着され、軸受内部に封入した潤滑グリースの漏洩と、外部からの雨水やダスト等の侵入を防止している。

ハブ輪１は、内周にトルク伝達用のセレーション（またはスプライン）９が形成されると共に、アウトボード側の端部外周には、図示外の車輪を取付けるための車輪取付フランジ１０を一体に有している。この車輪取付フランジ１０の円周方向等配には車輪を締結するためのハブボルト１１が植設されている。

この車輪用軸受装置では、別体の内輪６をハブ輪１の小径段部１ｂに圧入させた後、その小径段部１ｂの端部を径方向外方に塑性変形させることにより加締部１２が形成され、この加締部１２でハブ輪１に対して内輪６を軸方向に固定し、複列の転がり軸受２をユニット化している。このようなユニット化により、固定ナット等の締結手段を使用せずとも複列の転がり軸受２の予圧管理を行なうことができる、所謂セルフリテイン構造の第３世代の車輪用軸受装置を提供することができる。ここでは転動体７、７をボールとした複列アンギュラ玉軸受を例示したが、これに限らず転動体に円すいころを使用した複列円すいころ軸受であっても良い。

等速自在継手３は、外側継手部材４と、図示しない内側継手部材と、この内側継手部材と外側継手部材４間に収容されたトルク伝達ボールと、このトルク伝達ボールを円周方向等配に保持するケージとを備えている。外側継手部材４は、カップ状のマウス部１３と、このマウス部１３の底部をなす肩部１４と、この肩部１４から軸方向に延びるステム部１５を一体に有している。このステム部１５の外周面にはセレーション（またはスプライン）１６が形成され、端部には雄ねじ１７が形成されている。

外側継手部材４のステム部１５をハブ輪１に内嵌し、ハブ輪１に形成されたセレーション９とステム部１５のセレーション１６を係合させることにより、トルク伝達可能としている。そして、肩部１４の端面をハブ輪１の加締部１２に衝合させた状態で、ステム部１５の端部を固定ナット１８により締結することにより、等速自在継手３は複列の転がり軸受２に対して分離可能に固定されている。

この車輪用軸受装置において、ハブ輪１は、日本工業規格、略称ＪＩＳ：Japanese Industrial Standardsで規定される、例えばＳ５３Ｃ等の炭素０．４０ｗｔ％以上０．８０ｗｔ％以下を含む中炭素鋼を熱間鍛造後、空冷または調質処理が施され、その後旋削加工によって所望の形状・寸法に形成されている。車輪取付フランジ１０におけるアウトボード側の付け根部、すなわち、ブレーキロータ取付面１９から図示外のブレーキロータの支持面となる円筒状のパイロット部２０に延びる隅部２１は、ブレーキロータが干渉しない程度の曲率半径を有する円弧面またはヌスミに形成されている。そして、ハブ輪１の車輪取付フランジ１０におけるインボード側根元部１０ｉｒの隅Ｒ表面から軸部外径表面にかけての残留圧縮応力を２００ＭＰａ以上８００ＭＰａ以下に規定し、前記ハブ輪１の内径部表面の残留圧縮応力を５０ＭＰａ以上５００ＭＰａ以下に規定している。

ここで、ハブ輪１の軸部外径は複列の転がり軸受２が嵌合し、大きな荷重が作用するので、この軸受内輪との間にフレッティング損傷が発生し易い。また、ハブ輪１において、大きな荷重に対して強度（剛性）を維持するには所定の深さまでの高周波焼入硬化層の形成が必要になる。適度の高周波焼入硬化層の達成を確認するには、表層の圧縮応力での管理が有効なため、圧縮応力での管理とした。ハブ輪１の車輪取付フランジ１０におけるインボード側根元部１０ｉｒの隅Ｒ表面から軸部外径表面にかけて２００ＭＰａ以上の圧縮応力、好ましくは２００ＭＰａ以上８００ＭＰａ以下の圧縮応力が表層（表面下０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下深さ）に存在すれば、表層は高硬度で、かつ肉厚に対して適度の硬化パターンが得られるため、ここではこれらの数値に限定した。

一方、ハブ輪１の内径部については、スプライン加工部の強度が問題になる。スプライン部は相手軸スプラインが挿入され、回転トルク伝達時の捩りが作用する。このため、フレッティングと捩りや曲げに対する強度が必要になる。このような用途に対しても、圧縮応力の存在は有効であるので、熱処理のみならず、例えば、旋削加工やブローチ加工等の機械加工や、ショット加工で圧縮応力を作っておくことは有効である。このため、ハブ輪１の内径部表面の残留圧縮応力を５０ＭＰａ以上５００ＭＰａ以下に規定した構成とした。
本実施形態では、この内径部表面の残留圧縮応力を５０ＭＰａ以上５００ＭＰａ以下に規定するため、例えば、図２に示すように、ハブ輪１の内径部にショットピーニング処理ＳＰを行っている。

ここで言うショットピーニング処理ＳＰとは、ショットと呼ばれる粒径数10μｍから1.3ｍｍ程度の硬質な小球を、図示外の投射装置により加速噴射させ、被加工部品または部位に高速で衝突させる冷間加工方法であり、被加工部品または部位の表層部は加工硬化され、残留圧縮応力が生成される。最近ではＷＰＣ（Ｗｉｄｅ Ｐｅｅｎｉｎｇ Ｃｌｅａｎｉｎｇ）処理、微粒子ピーニング（Ｆｉｎｅ Ｐａｔｉｃｌｅ Ｐｅｅｎｉｎｇ：ＦＰＰ）があり、ショットピーニング処理とは区別されているが、これらＷＰＣ処理、微粒子ピーニングも広義な意味ではショットピーニング処理に相当するものであり、ショットピーニング処理とこの様な加工方法を用いるものとする。
例えば、ハブ輪１のインボード側内径面にショットノズルを配置して、このハブ輪１を回転させながら、例えば、粒径３０μｍ以上８０μｍ以下の鋼球を圧力０．３ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下の範囲で加速噴射させ、照射時間１０秒以上３０秒以下の範囲で衝突させる、いわゆるノズル式ショットピーニング処理を行うことにより、表層部の硬さが２４ＨＲＣ以上４０ＨＲＣ以下に硬化され、表層部残留圧縮応力は４００ＭＰａ以上６００ＭＰａ以下が生成される。

ハブ輪内径部のショットピーニング処理部は表層部の硬さとＸ線残留応力測定装置を用いて表層部残留圧縮応力を求めることができ、この表層部残留圧縮応力は５０ＭＰａ以上５００ＭＰａ以下にすることが好ましい。
表層部残留圧縮応力が５０ＭＰａ未満では疲労強度を向上させる効果およびフレッティング損傷の発生を抑制する効果が小さいため、５０ＭＰａ以上が必要である。疲労強度を一層向上させ、フレッティング損傷の発生を抑制するためには、表層部残留圧縮応力は１００ＭＰａ以上であることが好ましい。一方、表層部残留圧縮応力が５００ＭＰａを超えると、圧縮応力付加時の他の要因、例えば加工硬化が著しく、亀裂が発生し易いことから、表層部残留圧縮応力は５００ＭＰａ以下にすることが好ましい。このことは外径部の硬化層を形成した部分についても同じことが言える。

換言すれば、本実施形態において、ハブ輪１の内径部表面の残留圧縮応力を５０ＭＰａ以上に規定することで、疲労強度を向上させる効果およびフレッティング損傷の発生を抑制する効果を高めることができる。ハブ輪１の内径部表面の残留圧縮応力を１００ＭＰａ以上に規定することで、疲労強度を一層向上させ、フレッティング損傷の発生を抑制することができる。このように残留圧縮応力の下限値を規定すると共に、ハブ輪１の内径部表面の残留圧縮応力を５００ＭＰａ以下に規定することで、圧縮応力付加時の他の要因、例えば加工硬化、亀裂等の発生を抑えることが可能となる。

前記内径部表面の残留圧縮応力の数値範囲のうち、特に３００ＭＰａ以上の残留圧縮応力が存在すれば、フレッティングと捩りや曲げに対し必要十分な強度を得る。
本実施形態では、ハブ輪１の内径部にショットピーニング処理ＳＰを行うことで、この内径部表面の残留圧縮応力を５０ＭＰａ以上５００ＭＰａ以下に規定しているが、ショットピーニング処理ＳＰに限定されるものではない。前記ショットピーニング処理ＳＰに代えて、例えば、ハブ輪１の内径部に旋削加工やブローチ加工等の機械加工を施すことで、この内径部表面の残留圧縮応力を５０ＭＰａ以上５００ＭＰａ以下に規定することも可能である。

本実施形態において、ハブ輪１は表面硬さを３５ＨＲＣ以下に設定している。何故なら、表面硬さを３５ＨＲＣを超えて設定すると切削等の加工性が低下すると共に、熱処理変形が大きくなり、車輪取付フランジ１０のブレーキロータ取付面１９の面振れ精度が劣化すると共に、硬さアップによって切削性が低下してバイトの寿命が短くなるからである。また、ハブボルト１１が圧入されるボルト孔１１ａの表面硬さがそのハブボルト１１の表面硬さに近付き、ハブボルト１１のセレーション１１ｂが潰れて固着力が著しく低下する恐れがあるからである。

さらに、前述した加締部１２を形成する際、ハブ輪１のインボード側端部の表面硬さが３５ＨＲＣを超えると、加工性が低下するばかりでなく、塑性加工によって表面に微小クラックが発生する恐れがあり、品質面でその信頼性が低下する。塑性加工の面からは表面硬さが低い方が好ましく、この加締部１２において、その表面硬さを２０ＨＲＣ以上２５ＨＲＣ以下に設定することにより信頼性が向上する。

このように、ハブ輪１を鍛造後に所望の表面硬さに設定するとともに、強度が必要な部分に圧縮応力を付加することにより、車輪取付フランジ１０の形状・寸法を変更することなく、現行の加工方法や既存設備のままで、強度を高めることができる。また、鍛造、調質後に旋削加工を行なうことにより、車輪取付フランジ１０のブレーキロータ取付面１９の面振れ精度を、従来のものに比べ一層向上させることができる。

前記ハブ輪１は、例えば、車輪取付フランジ１０の隅部２１、および加締部１２に相当するハブ輪１のインボード側端部のみを高周波によって加熱し、所望の表面硬さが得られる部分調質処理を施しても良い。この場合、切削等の加工性を考慮する必要はなく、例えば、車輪取付フランジ１０の隅部２１の表面硬さを２０ＨＲＣ以上４０ＨＲＣ以下、加締部１２の表面硬さを２０ＨＲＣ以上２５ＨＲＣ以下というように、所定の部位を適宜所望の表面硬さに設定することができる。

また、ハブ輪１は、アウトボード側の内側転走面１ａをはじめ、シール８が摺接するシールランド部２２、および小径段部１ｂに、高周波焼入れによって表面硬さを５４ＨＲＣ以上６４ＨＲＣ以下の範囲に硬化層２３（図中クロスハッチングで示す）が形成されている。これにより、シールランド部２２は、耐摩耗性が向上するばかりでなく、車輪取付フランジ１０に負荷される回転曲げ荷重に対して、充分な機械的強度を有し、ハブ輪１の耐久性が向上する。小径段部１ｂに圧入される内輪６は、ＪＩＳで規定されるＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで５４ＨＲＣ以上６４ＨＲＣ以下の範囲で硬化処理されている。

一方、外方部材５は、ハブ輪１と同様にＳ５３Ｃ等の炭素０．４０ｗｔ％以上０．８０ｗｔ％以下を含む中炭素鋼で形成され、複列の外側転走面５ａ、５ａをはじめ、シール８、８が嵌合する端部内径面は、高周波焼入れによって表面硬さを５４ＨＲＣ以上６４ＨＲＣ以下の範囲に硬化処理されている。

図３は、本発明の第２の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。この実施形態はいわゆる第１世代の車輪用軸受装置で、前述した実施形態と同一部位、同一部品、または同一の機能を有する部位には同じ符号を付けてその詳細な説明を省略する。
この車輪用軸受装置は、ブレーキロータ２４と共に図示外の車輪を固定するハブ２５と、このハブ２５を回転自在に支持し、外輪２６、一対の内輪２７、２７、および内外輪２７、２６間に転動自在に収容された複列の転動体７を有する車輪用軸受２８と、この車輪用軸受２８を車体に支持するナックル２９と、ハブ２５と連結して図示外のドライブシャフトの動力をこのハブ２５に伝達する等速自在継手３とを主要部として構成している。ここでは転動体７、７をボールとした複列アンギュラ玉軸受を例示したが、これに限らず転動体に円すいころを使用した複列円すいころ軸受であっても良い。

車輪用軸受２８の外輪２６は、ナックル２９に内嵌され、止め輪３０によって軸方向に位置決め固定されている。一方、一対の内輪２７、２７は、ハブ２５に形成された円筒状の小径段部３１に圧入され、インボード側の内輪２７の大径側端面を外側継手部材４の肩部１４に衝合させた状態で、ステム部１５の端部を固定ナット１８で締結することにより、等速自在継手３は分離可能に固定されている。

この車輪用軸受装置において、ハブ２５は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０ｗｔ％以上０．８０ｗｔ％以下を含む中炭素鋼の表面硬さを２０ＨＲＣ以上３５ＨＲＣ以下に設定している。さらに、ハブ２５の車輪取付フランジ１０のインボード側付け根部（インボード側根元部に相当）３２は、その曲率半径を可能な限り大きく設定し、この付け根部３２の隅Ｒ表面から軸部外径表面にかけての残留圧縮応力を２００ＭＰａ以上８００ＭＰａ以下に規定している。これと共に、このハブ２５の内径部に、前述の第１の実施形態と同様のショットピーニング処理ＳＰ（図２）を行うことにより、車輪取付フランジ１０の形状・寸法を変更することなく、回転曲げ疲労の最弱部となる隅部２１および軸部の強度を高めることができる。

小径段部３１に圧入される一対の内輪２７、２７は、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで５４ＨＲＣ以上６４ＨＲＣ以下の範囲で硬化処理されている。この小径段部３１に所定の硬化層２３が形成されていることにより、内輪２７、２７との間の嵌合面に発生するフレッティング摩耗を最小限に抑えることができる。そのため、このフレッティング摩耗の発生により、内輪２７、２７の嵌合面に、錆、摩耗、またはかじり等が生じて内輪２７、２７を損傷するということがなくなり、耐久性を向上させることができる。なお、ハブ２５の内周面に形成されたセレーション９の表面には図２に示したものと同様にショットピーニング処理ＳＰ等を行うことにより、このハブ２５の内径面の表面が加工硬化され、残留圧縮応力が生成されることにより、車輪取付フランジ１０の形状・寸法や軸部の肉厚を変更することなく、回転曲げ疲労の最弱となる隅部２１の強度や軸部の強度を高めることができ、ハブ２５の小型・軽量化に寄与することができる。一方、外輪２６は、内輪２７と同様、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで５８ＨＲＣ以上６４ＨＲＣ以下の範囲で硬化処理されている。以上説明した図３の車輪用軸受装置によれば、図１の車輪用軸受装置と同様の効果を奏する。

図４は、本発明の第３の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。この実施形態はいわゆる第３世代の車輪用軸受装置で、前述した第１，第２の実施形態と同一部位、同一部品、または同一の機能を有する部位には同じ符号を付けてその詳細な説明を省略する。

この車輪用軸受装置は、従動輪用であって、ハブ輪３４と複列の転がり軸受３５とをユニット化した構造を備えている。複列の転がり軸受３５は、外方部材５と、ハブ輪３４と、ハブ輪３４の小径段部１ｂに圧入された別体の内輪６と、複列の転動体７、７とで主要部が構成されている。

この車輪用軸受装置では、内輪６をハブ輪３４の小径段部１ｂに圧入させた後、その小径段部１ｂの端部を径方向外方に塑性変形させることにより加締部１２が形成され、この加締部１２でハブ輪３４に内輪６を軸方向に固定して複列の転がり軸受３５をユニット化している。このようなユニット化により、固定ナット等の締結手段を使用せずとも複列の転がり軸受３５の予圧管理を行なうことができる、所謂セルフリテイン構造の第３世代の車輪用軸受装置を提供することができる。

この車輪用軸受装置において、ハブ輪３４は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０ｗｔ％以上０．８０ｗｔ％以下を含む中炭素鋼を熱間鍛造後に冷却速度を制御したり全面調質処理が施され、表面硬さを２０ＨＲＣ以上３５ＨＲＣ以下に設定している。そしてハブ輪３４の軸部外径表面の残留圧縮応力を２００ＭＰａ以上８００ＭＰａ以下、ハブ輪３４の内径部表面の残留圧縮応力を３００ＭＰａ以上６００ＭＰａ以下に規定している。
このように、ハブ輪３４を所望の表面硬さに設定し、かつ疲労を受ける部分に適度の圧縮応力を与えて強化することにより、車輪取付フランジ１０の形状・寸法を変更することなく、回転曲げ疲労強度を高めることができる。

また、ハブ輪３４の車輪取付フランジ１０のインボード側付け根部３２は、アウトボード側のシール８のシールランド部２２となり、その曲率半径を可能な限り大きく設定している。このシールランド部２２から小径段部１ｂにわたって高周波焼入れによって表面硬さを５４ＨＲＣ以上６４ＨＲＣ以下の範囲に硬化層２３（図中クロスハッチングで示す）が形成されている。これにより、シールランド部２２は耐摩耗性が向上すると共に、車輪取付フランジ１０に負荷される回転曲げ荷重に対して充分な機械的強度を発揮し、ハブ輪３４の耐久性が向上する。
また、前記インボード側付け根部３２の隅Ｒ表面から軸部外径表面にかけての残留圧縮応力を２００ＭＰａ以上８００ＭＰａ以下に規定している。これと共に、このハブ輪３４の内径部に、前述の第１の実施形態と同様のショットピーニング処理ＳＰ（図２）を行うことにより、車輪取付フランジ１０の形状・寸法を変更することなく、回転曲げ疲労の最弱部となる隅部２１および軸部の強度を高めることができる。

以上説明した車輪用軸受装置によれば、ハブ輪３４の素材である中炭素鋼を熱間鍛造後に冷却速度を制御したり全面調質処理を施し、表面硬さを２０ＨＲＣ以上３５ＨＲＣ以下に設定している。そしてハブ輪３４のインボード側付け根部３２の隅Ｒ表面から軸部外径表面にかけての残留圧縮応力を２００ＭＰａ以上８００ＭＰａ以下に規定すると共に、ハブ輪３４の内径部表面の残留圧縮応力を５０ＭＰａ以上５００ＭＰａ以下に規定したので、車輪取付フランジ１０の形状・寸法を変更することなく、回転曲げ疲労強度を高めることができる。その他図１に示す実施形態と同様の効果を奏する。
第３の実施形態では、ハブ輪３４に車輪取付フランジ１０を一体に形成したものを例示したが、これに限らず、外方部材に車輪取付フランジを一体に形成した外輪回転式の車輪用軸受装置にも適用できることは言うまでもない。

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

この発明の第１の実施形態に係る車輪用軸受装置の断面図である。 同車輪用軸受装置の要部の拡大断面図であり、ハブ輪の内径部にショットピーニング処理を行う例を概略表す拡大断面図である。 この発明の第２の実施形態に係る車輪用軸受装置の断面図である。 この発明の第３の実施形態に係る車輪用軸受装置の断面図である。 従来の車輪用軸受装置の断面図である。 従来の他の車輪用軸受装置の断面図である。

符号の説明

１，３４…ハブ輪
２５…ハブ
１ａ，６ａ…内側転走面
５…外方部材
５ａ…外側転走面
６…内輪
７…転動体
８…シール
１０…車輪取付フランジ
１０ｉｒ…インボード側根元部
１２…加締部
２２…シールランド部
３２…付け根部

Claims (2)

1. 内周に複列の外側転走面を有する外方部材と、前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面を有する内方部材と、前記外方部材および内方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容した複列の転動体とを備え、前記外方部材または内方部材のいずれか一方に車輪取付フランジを一体に形成した車輪用軸受装置において、
   少なくとも前記車輪取付フランジを有する外方部材または内方部材が鍛造後空冷または調質処理されており、それぞれの転走面が所定の表面硬さに焼入れ硬化され、前記内方部材はハブ輪を備え、このハブ輪の車輪取付フランジインボード側根元部の隅Ｒ表面から軸部外径表面にかけての残留圧縮応力を２００ＭＰａ以上８００ＭＰａ以下に規定し、前記ハブ輪の内径部表面の残留圧縮応力を５０ＭＰａ以上５００ＭＰａ以下に規定し、前記内方部材は、車輪取付フランジを有する前記ハブ輪と、このハブ輪に圧入された内輪とを備え、前記外方部材の複列の外側転走面のうち一方の外側転走面に対向する内側転走面が前記ハブ輪の外周面に直接形成され、他方の外側転走面に対向する内側転走面が前記内輪の外周面に形成され、前記ハブ輪のインボード側端部を径方向外方に塑性変形させて加締部を形成し、この加締部で前記内輪を前記ハブ輪に対して軸方向に固定し、前記加締部を焼戻しによりその表面硬さを２０ＨＲＣ以上２５ＨＲＣ以下に設定し、前記外方部材の両端部にシールを装着し、そのアウトボード側のシールのシールリップが摺接するシールランド部を、前記車輪取付フランジのインボード側付け根部に形成すると共に、前記シールランド部の表面硬さを５４ＨＲＣ以上６４ＨＲＣ以下としたことを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 前記車輪取付フランジのアウトボード側付け根部の表面硬さを２０ＨＲＣ以上３５ＨＲＣ以下に設定した請求項１に記載の車輪用軸受装置。

Images